Что может быть общего у самого дорого в мире камня — алмаза — и обычного графита? Оба являются аллотропной формой одного и того же химического элемента — углерода. На этом общность не кончается, ведь из графита в настоящее время получают синтетические алмазы. Если такое превращение можно осуществить в химической лаборатории, то возможно ли воспроизвести данный процесс в домашних условиях и получить искусственные драгоценности?
Графит и алмаз
Графит — это самородный минерал, одна из аллотропных форм углерода. Каждый его атом ковалентно связан с тремя окружающими его атомами. В природе он образуется при высокой температуре в вулканических и магматических породах. Его добывают совместно с пиритами, гранатами, шпинелью. Встречается в кварцевых жилах, метаморфических породах, каменноугольных рудниках.
Алмаз также является одним из аллотропов углерода. Однако из-за отличий в кристаллической решетке обладает совершенно другими свойствами. Атомы углерода находятся в состоянии SP3-гибридизации, каждый атом расположен в центре тетраэдра, образуемого окружающими атомами. Такая структура объясняет высокую твердость элемента.
Точной версии происхождения алмазов пока нет. Ученые выдвигают разные версии образования самого твердого минерала — магматическая, метеоритная, мантийная. Нередко алмазы образуются при столкновении метеоритов с земной корой. Также их находят в ассоциациях со сверхвысоким давлением.
В таблице представлены сравнительные физико-химические характеристики алмаза и графита:
| Характеристика | Графит | Алмаз |
| Твердость по шкале Мооса | 1 — один из самых мягких материалов. | 10 — эталон наивысшей твердости. |
| Плотность | 2,08-2,23 г/м³ | 3,47-3,55 г/м³ |
| Теплопроводность | 100-354,1 Вт/м*К | 900-2300 Вт/м*К, самое высокое значение среди всех твердых тел |
| Температура плавления | 300-3000 К | 1000-1200 К |
| Прозрачность | Непрозрачный | Прозрачный |
| Цвет черты | Черная | Отсутствует |
| Блеск | Металловидный | Алмазный |
| Сингония | Гексагональная | Кубическая |
Алмаз обладает высоким показателем преломления. Благодаря этому свойству, а также прозрачности и дисперсии кристалл образует уникальную игру света, что делает его самым дорогим драгоценным камнем в мире. Обычно он полностью прозрачный, однако в природе встречаются желтые, голубые и даже черные кристаллы, что объясняется присутствием примесей.
Можно ли получить алмаз из графита в домашних условиях?
Как сделать алмаз самостоятельно? Этот вопрос волнует многих начинающих любителей химии, которые узнают о том, что между графитом и алмазом есть много общего.
Что же делать, если юному химику хочется вырастить кристалл самостоятельно? Драгоценный камень получить дома невозможно, зато можно вырастить соляной кристалл. Для этого в литре воды растворяют несколько столовых ложек соли. В раствор добавляют немного красителя, чтобы выращенный минерал был цветным. Затем в воду окунается скрепка, подвешенная на веревочке. Через несколько дней скрепка полностью скроется под слоем соли. В течение всего периода времени маленькому экспериментатору будет интересно наблюдать за оседанием кристалликов соли на металлической скрепке.
Современные методы синтеза
Первые эксперименты по синтезу искусственных алмазов начались в середине XIX в. Однако впервые в мире создать синтетический алмаз удалось только в 1953 г. шведскому ученому Балтазару Платену.
Существует несколько технологий синтеза алмазов:
- Высокое давление и высокая температура — метод НРНТ. Это исторически первый способ искусственного получения алмазов. Затравку помещают в капсулу, которую загружают под пресс. В прессе поднимается температура до 1400°С, под воздействием температур и высокого давления изменяется кристаллическая структура углеродного элемента. Прессы бывают ленточными и кубическими, в них создается давление до 5 ГПА.
- Химическое осаждение из газовой фазы. Этот метод был открыт в 1980-х гг, и он не требует высокого давления. Рабочая камера заполняется специальными газами, которые способствуют росту алмазов.
- Детонация углеродсодержащей взрывчатки. Металлическая капсула заполняется графитовым порошком и помещается в камеру со взрывчаткой. Во время взрыва под высоким давлением и температурой получаются алмазные нанокристаллы.
- Ультразвуковая кавитация. Суспензию графита подвергают воздействию ультразвука. Это дешевый и простой способ получения алмазов, однако камни получаются невысокого качества.
Применение алмаза и графита
Где используется графит? Кроме изготовления грифелей карандашей, его применяют в следующих сферах и отраслях промышленности:
- создание электродов и нагревательных элементов;
- замедление нейтронов в ядерных реакторах;
- изготовление плавильных тиглей;
- создание деталей для атомно-силового и туннельного микроскопа;
- тепловая защита космических аппаратов;
- создание синтетических алмазов.
Синтетические алмазы также имеют широкую сферу применения:
- Сверхтвердые режущие элементы. Поскольку алмазы являются самым твердым веществом, этим свойством пользуются при создании абразивных и режущих инструментов. Их даже используют для огранки натуральных, природных алмазов.
- Оптические элементы. Синтетические кристаллы применяются в лазерах и гиротронах.
- Топлопроводник. Благодаря высокой теплопроводности и низкой электропроводности алмазы используют как теплоотвод для лазерных диодов.
- Электроника. В лабораторных условиях создают транзисторы на основе искусственных камней, однако широкого коммерческого применения эта разработка пока не получила.
Синтетические алмазы используют и в ювелирной промышленности, они составляют 2% рынка. Самый большой ювелирный искусственный бриллиант весит 10,02 карат. Он был выращен в течение 300 часов. Синтетические камни стоят дешевле натуральных минералов, путем добавки различных примесей или радиоактивного воздействия им можно придать разные оттенки — голубой, желтый, розовый или зеленый.
(5 оценили на 4,60 из 5) 
Loading...
Интересно было почитать! Многое помнится ещё из школьной программы, знал, что графит и алмаз — это почти одно и то же. Про методы получения синтетических алмазов знал, но не про все. Думал, что только давлением можно их синтезировать.
Как жаль, а я-то думала, что из графита можно получить искусственные алмазы! А вообще статья интересная. Хоть буду теперь иметь представление, как делают синтетические алмазы и где их применяют.